KR20150029335A - 생체뼈 모방을 위한 다층 코어-셀 파이버 구조를 갖는 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 나노 혼성체 - Google Patents

생체뼈 모방을 위한 다층 코어-셀 파이버 구조를 갖는 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 나노 혼성체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생체뼈 모방을 위한 다층 코어-셀 파이버 구조를 갖는 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 나노 혼성체에 관한 것이다. 본 발명의 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체는 인체의 뼈 조직과 유사한 구조를 갖기 때문에 독성 및 부작용이 낮으며, 여러 산업에 활용할 수 있는 장점이 있다.

Description

생체뼈 모방을 위한 다층 코어-셀 파이버 구조를 갖는 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 나노 혼성체{CNT-Gelatin-Hydroxyapatite Nanohybrids with Fibrous Multilayer Core-Shell Structure for Mimicking Natural Bone}
본 발명은 생체뼈 모방을 위한 다층 코어-셀 파이버 구조를 갖는 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 나노 혼성체에 관한 것이다.
생명공학 기술의 발전으로 인해 인간의 평균 수명 또한 급속하게 증가하는 동시에 골 질환으로 고통받고 있는 환자 또한 증가하는 추세이다. 이에 따라 손상된 뼈 또는 관절을 효과적으로 대체하거나 이식할 수 있는 기술 및 생체재료 개발에 대한 생체 조직 공학적 연구가 활발히 진행 중이다.
골 질환 치료를 위한 골 대체제의 경우/ 실제 뼈와 유사한 구조를 가지며 기계적/ 생물학적 기능의 향상을 위하여 3차원 다공성의 지지체 개발에 대한 연구가 집중되고 있다 대부분 세라믹과 고분자 물질들이 손상된 골 조직 부위를 보강하기 위한 지지체의 재료로 활용되는 경우가 많다. 기존의 지지체는 공간적인 보강 역할에만 중점을 두는 반면 기계적 기능과 생물학적 기능에 있어서는 실질적으로 이를 충분히 만족시키기는 어려운 것이 현실이다. 따라서 기하학적 구조 및 기계적 강도와 같은 물리적인 역할 이외에도 골조직과의 상호작용을 통해 주변에 존재하는 조골세포의 분화를 유도할 수 있는 생물학적 기능성이 개선된 지지체 개발이 시급한 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0052116호에서는 탄소나노튜브-키토산-하이드록시아파타이트가 결합된 골조직 공학용 복합물이 개시된 바 있다. 그러나 상기 문헌에 기재된 복합물의 탄소나노튜브-키토산-하이드록시아파타이트는 화학적으로 결합된 것이 아닌 물리적 결합으로 이루어진 것이고, 생체의 뼈 성분(단백질, 칼슘인) 및 구조(3차원 피브릴)를 모방(mimicking)한 것이 아니므로, 물리적 강도 및 생화학적 차이로 인해 부적합한 작용이 일어날 가능성이 크다.
이에 본 발명자들은 종래 발명에 존재하는 문제점을 해결하기 위해 연구하던 중, 본 발명을 완성하였다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0052116호
본 발명에서는 인체의 자연적인 뼈 조직과 가장 유사한 성분 및 구조를 갖는 단백질 및 칼슘, 인으로 구성된 다층 코어-셀 파이버 구조를 갖는 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 나노 혼성체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은,
탄소나노튜브, 젤라틴 및 하이드록시아파타이트로 이루어진 다층구조를 갖는, 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체를 제공한다.
또한, 본 발명은,
1) 탄소나노튜브에 질산 및/또는 황산을 가하여 말단을 카르복실기(-COOH)로 개질하는 단계; 2) 개질된 탄소나노튜브에 단백질고분자인 젤라틴을 가하여 아마이드 공유결합을 형성하는 단계; 3) 하이드록시아파타이트를 가하여 젤라틴의 외측에 원통형으로 결합시키는 단계를 포함하는 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체는 인체의 뼈 조직과 유사한 성분 및 구조를 갖기 때문에 독성 및 부작용이 낮으며, 여러 산업에 활용할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체는 인체의 뼈 조직과 가장 유사한 성분 및 구조를 달성하기 위하여 인장 강도가 높은 탄소나노튜브를 기반으로 하여, 단백질 물질로서 젤라틴(콜라겐의 가수분해물)을 공유결합으로 코팅하여 사용하므로, 생체 친화력을 높인 장점이 있다. 또한, 상기 젤라틴과 탄소나노튜브의 결합은 아마이드 공유결합으로서, 일반적인 물리적 결합보다 그 결합력이 현저하게 강하므로, 강성을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체의 제조과정 및 구성성분들을 요약한 도이다.
도 2는 본 발명의 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체의 개략적인 3차원 구조를 나타내는 도이다.
도 3의 (a)는 젤라틴과의 반응 전 탄소나노튜브의 SEM image를 나타내는 도이고, (b)는 젤라틴이 코팅된 후의 탄소나노튜브의 SEM image를 나타내는 도이며, (c)는 젤라틴이 코팅된 후의 탄소나노튜브의 응집체가 필름형태로 얻어진 것을 나타내는 도이고, (d)는 젤라틴이 코팅된 후의 탄소나노튜브 응집체 필름의 신축성 및 탄력성을 보여주는 도이다.
도 4는 젤라틴-탄소나노튜브 다층 코어-셀 파이버 구조체 위에 하이드록시아파타이트를 추가 코팅 한 후 (a는 1일 코팅, b와 c는 2일 코팅 후, c는 위 혼성체를 1200oC에서 소성 후 얻어진 하이록시아파타이트 잔류물) 얻어진 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 나노 혼성체를 보여주는 SEM image를 나타내는 도이다.
도 5의 (a)는 탄소나노튜브-젤라틴 다층 코어-셀 파이버 구조체의 TEM image이고 (화살표는 젤라틴층을 의미), (b)는 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 다층 코어-셀 파이버 구조체의 TEM image이며 (화살표는 하이드록시아파타이트 층을 보여줌) (c)는 1200oC에서 소성 후 남아있는 하이드록시아파타이트 층을 보여주는 도이고. (d)는 소성 전 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 다층 코어-셀 파이버 구조체의 XRD 결과를 나타내는 도이다. (하이드록시아파타이트 층이 잘 형성돼있음을 보여줌)
도 6의 (a)는 탄소나노튜브-젤라틴 다층 코어-셀 파이버 구조체의 XPS 데이터를 나타내는 도이고 (새로 형성된 젤라틴층을 보여줌) (b)는 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 다층 코어-셀 파이버 구조체의 XPS 데이터를 나타내는 도이다 (새로 형성된 젤라틴층과 하이드록시아파타이트 층을 보여줌).
도 7의 (a)는 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 다층 코어-셀 파이버 구조체 및 각 성분들의 FT-IR 데이터를 나타내는 도이고, (b)는 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 다층 코어-셀 파이버 구조체 및 각 성분들의 TGA 데이터를 나타내는 도이다.
도 8은 탄소나노튜브-젤라틴 다층 코어-셀 파이버 구조체, 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 다층 코어-셀 파이버 구조체, 탄소나노튜브-젤라틴 혼합체들의 (a) stress-strain curve, (b)탄성율, (c) 인장강도, (d) 신장률 등에 관한 데이터를 나타내는 도이다.
도 9는 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 다층 코어-셀 파이버 구조체 재료 위에서 MSCs 세포배양결과를 나타내는 도이다.
도 10은 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 다층 코어-셀 파이버 구조체 재료 위에서 MSCs 세포배양 후 세포모양을 나타내는 도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 탄소나노튜브, 젤라틴 및 하이드록시아파타이트로 이루어진 다층 코어-셀 파이버 구조를 갖는, 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체에 관한 것이다.
본 발명에서 사용할 수 있는 탄소나노튜브는 외경 8㎚ 미만, 길이 10 내지 30㎛을 가지며 카르복실기(-COOH)에 의해 개질된 탄소나노튜브이나, 그 종류는 특별히 제한되지 않는다.
상기 카르복실기에 의한 개질은 강산에 의해 수행될 수 있다. 상기 강산은 질산 또는 황산 또는 그 혼합물이 바람직하다.
본 발명의 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체를 구성하는 하이드록시아파타이트(HA)는 그 종류나 출처에 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체는 탄소나노튜브가 가장 내측에 배치될 수 있다. 탄소나노튜브가 가장 내측에 배치됨으로써, 탄소나노튜브, 젤라틴 및 하이드록시아파타이트의 순으로 이루어진 다층 코어-셀 파이버 구조를 가장 잘 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체는 탄소나노튜브가 가장 내측에 배치되고, 젤라틴이 상기 탄소나노튜브의 외측으로 결합된다.
상기 결합은 아마이드 결합이 바람직하다. 일반적인 이온결합의 경우에는 젤라틴과 탄소나노튜브 사이의 결합이 쉽게 파괴될 수 있는 문제가 있다. 특히, 체내 수용액이 존재할 수 있는 환경에서는 이온결합이 문제될 수 있다.
상기 아마이드 결합을 위하여 카르복실기로 표면 개질된 탄소나노튜브에 젤라틴과 함께 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide 및 hexamethylene diamine를 가하는 것이 바람직하다. 상기 시약은 탄소나노튜브와 젤라틴의 공유결합을 돕는 역할을 한다.
탄소나노튜브에 젤라틴이 외측으로 결합됨으로써, 젤라틴은 상기 탄소나노튜브 외측을 원통형으로 감싸는 형태로 부착된 것 같은 모양을 가질 수 있다. 위의 모양은 뼈 조직에 콜라겐이 원통형으로 부착되어 있는 생체뼈의 구성과 매우 유사한 모양에 해당한다.
또한, 본 발명의 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체는 탄소나노튜브가 가장 내측에 배치되고, 상기 탄소나노튜브 외측에 젤라틴이 아마이드 결합을 통해 연결되고, 상기 젤라틴의 외측 관능기로 하이드록시아파타이트가 결합한다. 상기 결합을 통해 상기 하이드록시아파타이트는 젤라틴 외측에 원통형으로 감싸는 형태로 부착된 것 같은 모양을 가지게 된다.
이러한 다층구조는 실제 뼈 조직에 가장 가까운 구조에 해당하므로, 상기 구조를 갖는 본 발명의 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체는 생체 뼈 조직의 재생 등에 탁월한 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명에 따른 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체는 하기 단계에 따라 제조할 수 있다.
1) 탄소나노튜브에 질산 및/또는 황산을 가하여 탄소나노튜브의 말단을 카르복실기(-COOH)로 개질하는 단계;
2) 개질된 탄소나노튜브에 젤라틴을 가하여 아마이드 결합을 형성하는 단계;
3) 하이드록시아파타이트를 가하여 젤라틴의 외측에 원통형으로 결합시키는 단계.
상기 단계에 따른 제조방법을 통해 실제 뼈 조직을 모방하는 다층 코어-셀 파이버 구조의 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 나노 혼성체를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐으로 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 이는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1- 본 발명의 생체 뼈( natural bone ) 모방을 위한 나노 혼성체 제조
1. Functionalization of Carbon Nanotubes 탄소나노튜브의 개질(작용기화)
1:1 비율의 H2SO4/HNO3 수용액 100 ml에 Pristine MWCNT 2 g을 넣어 80℃ 조건에서 48시간 반응시켰다. 이후, 0.4 ㎛ Millipore polycarbonate filter membrane를 이용하여 MWCNT 환류액을 필터하였다. 필터 된 f-CNT 파우더를 pH 7이 될 때까지 증류수로 세척하였다. 세척된 f-CNT를 50℃에서 24시간 동안 감압건조 하였다.
2. f-CNT/Gel의 제조
건조된 f-CNT 파우더를 증류수에 1 mg/2 ml의 농도로 소니케이터를 이용하여 분산시켰다. 분산된 f-CNT 수용액에 젤라틴을 1 mg/1 ml의 비율로 준비된 수용액에 70℃에서 30분간 저어주면서 녹였다. 동시에 EDC를 f-CNT의 양에 대비해 0.006 mmol의 농도로 첨가하였다. 가열 조건에서 젤라틴을 서서히 녹여주면서 pH 3.0이 될 때까지 1N HCl을 주사기를 사용하여 적가하였다. pH 3.0이 되고 나면 저어주면서 수용액을 24시간 동안 반응시켰다.
3. f-CNT/Gel 하이브리드의 제조
반응을 끝낸 f-CNT/gel 수용액을 dialysis membrane tubing을 이용하여 세척하였다. 1L 이상의 실린더에 증류수를 채워준 후 dialysis membrane tubing에 f-CNT/gel을 50 ml씩 넣어 밀봉한 후 5일간 세척하였다. 세척된 f-CNT/Gel 수용액은 hybrids film으로 제작하였다.
4. f-CNT/Gel nanohybrid sheet의 제조
세척된 f-CNT/Gel 수용액을 100 mm petri dish에 10 ml를 부은 후 필름이 형성될 때까지 50℃ 조건의 오븐에서 건조하였다(5회 반복). Hexamethylene diamine(0.03 mmol)의 수용액에 EDC(0.02 mmol)를 첨가 후 1N HCl을 사용하여 pH 5.0 조건으로 준비하였다. Petri dish안에 만들어진 film에 hexamethylene diamine 수용액을 5 ml 넣어준 후 10분간 반응시켰다. 10분간 반응을 끝낸 후 증류수를 사용하여 충분히 세척하였다.
5. f-CNT/Gel/HA nanohybrid sheet의 제조
Hexamethylene diamine을 반응시킨 nanohybrid sheet을 2x SBF solution에 담궈 45℃의 오븐에서 24시간 반응시켰다. 반응 후 nanohybrid sheet를 증류수로 10회 이상 세척하였다. 세척된 nanohybrid sheet를 50℃ 오븐에서 건조시켰다.
<사용도구 및 재료의 설명>
MWCNT : M-Power (>95%, 20-30nm outer diameter, 10-30㎛, Korea)
Gelatin : Sigma-Aldrich (type B, Mw-2.0X104~2.5X104, USA)
1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodimide (EDC) : Sigma-Aldrich (USA)
Hexamethylene diamine : Sigma-Aldrich (USA)
SBF : 2x SBF solution
Cell counting Kit-8 (CCK-8) : Dojindo Laboratory (Japan)
FITC-phalloidin : Invitrogen (USA)
Mechanical materials testing machines : Instron 3344(USA)
FE-SEM : MIRA II LMH (TESCAN, Czech Republic)
실험예 1.- 본 발명의 생체 뼈( natural bone ) 모방을 위한 나노 혼성체의 물리적 특성 평가
Nanohybrid sheet의 특성을 확인하기 위해 일정한 크기로 잘랐다(25 mm x 10 mm x 2 mm, 가로 세로 두께순). 일정한 크기로 제작된 nanohybrid sheet를 5회 이상 mechanical testing을 수행 후 평균을 계산하였다.
도 8은 탄소나노튜브-젤라틴 다층 코어-셀 파이버 구조체, 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 다층 코어-셀 파이버 구조체, 탄소나노튜브-젤라틴 혼합체들의 (a) stress-strain curve, (b)탄성율, (c) 인장강도, (d) 신장률에 관한 자료이다.
탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 다층 코어-셀 파이버 구조체의 물리적 특성들이 탄소나노튜브-젤라틴 다층 코어-셀 파이버 구조체와 탄소나노튜브-젤라틴 혼합체들의 물리적 특성들과 비교되었다.
인장 강도 면에서는 전체적으로 4.8-8.8배 증가를 보였고, 탄성율 면에서는 9-9.7배 증가를 보였다. 신장률에서는 약 28-42배의 증가를 보였다.
결론적으로 탄소나노튜브 젤라틴 하이드록시아파타이트의 도입, 탄소나노튜브와 젤라틴 간의 공유결합, 젤라틴층과 하이드록시아파타이트층과의 이온결합을 통한 다층 코어-셀 파이버 구조체형성은 물리적 특성에도, 탄성율, 신장률 면에서 4-42배에 달하는 큰 증가를 보였다. 이는 생체뼈조직의 모방 면에서 기계적 특성이 크게 개선되었음을 나타낸다.
실험예 2.- 본 발명의 생체 뼈( natural bone ) 모방을 위한 나노 혼성체의 세포 활성 분석
Nanohybrid sheet의 생체적합 여부를 확인하기 위해 cell culture를 수행하였다. Mesenchymal stem cells (MSCs)을 f-CNT/Gel sheet와 f-CNT/Gel/HA sheet위에서 cell의 viability와 proliferation을 확인하였다. Cell viability의 경우 f-CNT/Gel sheet와 f-CNT/Gel/HA sheet 위에 MSCs을 culture 한 뒤에 3시간, 그리고 7일이 지난 후 viability를 CCK-8을 통해 확인하였다. Cell proliferation의 경우 f-CNT/Gel sheet와 f-CNT/Gel/HA sheet 위에 MSCs을 culture 한 뒤에 7일 후 proliferation 여부를 FITC-phalloidin으로 염색 후 SEM을 통해 확인하였다.
도 9는 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 다층 코어-셀 파이버 구조체 재료 위에서 MSCs 세포배양결과를 나타낸다. 배양 후 3시간에는 특이점이 안 보였으나 7일 후에는 세포활성이 뚜렷하게 증가됨을 알 수 있다.
도 10은 탄소나노튜브-젤라틴-하이드록시아파타이트 다층 코어-셀 파이버 구조체 재료 위에서 MSCs 세포배양 후 세포모양을 나타낸다. 세포의 filopodia가 매우 발달되어 있음을 보여준다. 이는 재료에 의한 세포활성화를 뒷받침하는 뚜렷한 증거에 해당한다.

Claims (6)

  1. 탄소나노튜브, 젤라틴 및 하이드록시아파타이트로 이루어진 다층구조를 갖는, 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 다층구조는 탄소나노튜브가 가장 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는, 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 카르복실기(-COOH)로 개질된 것을 특징으로 하는, 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체.
  4. 청구항 2에 있어서, 젤라틴이 상기 탄소나노튜브의 외측으로 아마이드 결합되어 원통형으로 감싸는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체.
  5. 청구항 4에 있어서, 하이드록시아파타이트가 상기 젤라틴의 외측으로 결합되어 원통형으로 감싸는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체.
  6. 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체의 제조방법에 있어서,
    1) 탄소나노튜브에 질산 및/또는 황산을 가하여 탄소나노튜브의 말단을 카르복실기(-COOH)로 개질하는 단계;
    2) 개질된 탄소나노튜브에 젤라틴을 가하여 아마이드 결합을 형성하는 단계; 및
    3) 하이드록시아파타이트를 가하는 단계
    를 포함하는 생체 뼈(natural bone) 모방을 위한 나노 혼성체 제조방법.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019015637A1 (zh) * 2017-07-21 2019-01-24 深圳华诺生物科技有限公司 一种无机纳米颗粒-明胶核壳结构复合材料颗粒的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110058000A (ko) * 2009-11-25 2011-06-01 한국과학기술연구원 생리활성물질을 함유한 하이드록시아파타이트로 코팅된 조직친화성 금속 생체재료 및 이의 제조방법
KR20110128637A (ko) * 2010-05-24 2011-11-30 한국과학기술원 카테콜기를 가지는 폴리머 코팅 기질-하이드록시아파타이트 복합체 및 그 제조방법
KR20120036217A (ko) * 2010-10-07 2012-04-17 단국대학교 산학협력단 젤라틴-아파타이트를 함유하는 생체고분자를 이용한 골 조직 재생용 나노섬유의 제조방법
KR20120052116A (ko) 2010-11-15 2012-05-23 부경대학교 산학협력단 골조직 공학용 탄소 나노튜브-접합된 키토산-하이드록시아파타이트 복합물 및 그의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110058000A (ko) * 2009-11-25 2011-06-01 한국과학기술연구원 생리활성물질을 함유한 하이드록시아파타이트로 코팅된 조직친화성 금속 생체재료 및 이의 제조방법
KR20110128637A (ko) * 2010-05-24 2011-11-30 한국과학기술원 카테콜기를 가지는 폴리머 코팅 기질-하이드록시아파타이트 복합체 및 그 제조방법
KR20120036217A (ko) * 2010-10-07 2012-04-17 단국대학교 산학협력단 젤라틴-아파타이트를 함유하는 생체고분자를 이용한 골 조직 재생용 나노섬유의 제조방법
KR20120052116A (ko) 2010-11-15 2012-05-23 부경대학교 산학협력단 골조직 공학용 탄소 나노튜브-접합된 키토산-하이드록시아파타이트 복합물 및 그의 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHIN, U. S. et al., JOURNAL OF TISSUE ENGINEERING (2011) Article ID 674287, 10 pages *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019015637A1 (zh) * 2017-07-21 2019-01-24 深圳华诺生物科技有限公司 一种无机纳米颗粒-明胶核壳结构复合材料颗粒的制备方法
US11331414B2 (en) 2017-07-21 2022-05-17 Shenzhen Huanova Biotechnology Ltd. Method for preparing inorganic nanoparticle-gelatin core-shell composite particles

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